Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Том 2-2013-ЦНТИ.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
37.89 Mб
Скачать

5.8 Исследование свойств эмульсий на немодифицированных и модифицированных битумах

Левкович Т.И., Райская О.В. (БГИТА, г. Брянск, РФ)

В данной статье представлены результаты изучения способов приготовления модифицированных битумных эмульсий, а также приведены рецепты и результаты анализа испытаний полученных по авторским свидетельствам битумных эмульсий лабораторией дорожно-строительного участка в городе Почепе.

In this article results of studying of ways of preparation of the modified bitumen emulsions are presented, and also recipes and results of the analysis of tests of the bitumen emulsions received under copyright certificates by laboratory of a road-building site are provided in the city of Pochep.

Общепринятым вяжущим для строительства и ремонта автомобильных дорог является нефтяной битум. Однако‚ с технологической точки зрения‚ его следует применять при минимально возможной вязкости, что может быть достигнуто тремя принципиальными способами [1]:

- разогревом битума до технологических температур (горячий способ);

- разжижением вязких битумов специальными, как правило, легкими растворителями;

- эмульгированием битума в воде в присутствии специальных веществ (битумные эмульсии).

Первый способ используется обычно для производства горячих смесей с предварительным нагревом исходных минеральных материалов или розливом горячего битума на холодную поверхность при производстве подгрунтовки или устройстве поверхностной обработки.

Второй способ дороже первого из-за дорогостоящих растворителей‚ которые за относительно короткий период времени должны испариться‚ что приводит к загрязнению окружающей среды.

Третий способ‚ с использованием битумных эмульсий‚ не требует нагрева и может использоваться с холодными и даже влажными минеральными материалами, что позволяет снизить расход энергоносителей до 40 % по сравнению с традиционными «горячими» технологиями.

Дорожные битумные эмульсии, как органические вяжущие материалы, широко используются при строительстве, содержании и ремонте дорожных одежд. Битумные эмульсии – вяжущие, приготовляемые из диспергированных (раздробленных на мельчайшие частицы размером 1…10 мкм) битумов в несмешивающейся с ними воде. Каждая частица имеет тонкую пленку из эмульгатора, которая предохраняет ее от слипания с другой частицей. Эмульсии подразделяют на прямые и обратные.

Относительно низкая вязкость прямых битумных эмульсий, обусловленная наличием водной среды (от 31 до 50%)‚ обеспечивает хорошую способность обработки каменных материалов без их просушивания и нагрева. Такие технологические свойства битумных эмульсий обусловливают благоприятное их применение в дорожном строительстве с позиций охраны труда дорожных рабочих и охраны окружающей среды.

В зависимости от применяемых эмульгаторов эмульсии могут быть анионного и катионного видов. При этом за последние годы в мировой практике дорожного строительства производятся и используются главным образом (почти 100%) эмульсии катионного вида‚ как наиболее универсальные и обеспечивающие достаточную адгезию вяжущего к поверхности минеральных материалов кислой и основной природы. За более чем 60-летний период производства битумных эмульсий катионного вида за рубежом в совершенстве отработаны различные составы и технологии их применения в дорожном строительстве и налажен промышленный выпуск большого ассортимента эмульгаторов для различных составов эмульсий применительно к их назначению.

Наибольший опыт в теоретических разработках и в практическом использовании битумных эмульсий накоплен во Франции, которая считается мировым лидером в этих вопросах и где более 30% от общего объема органических вяжущих для дорожных целей применяются в эмульгированном виде. В России в середине 60-х годов на основании научно-исследовательских работ и небольшого опыта практического применения были разработаны технические и нормативные документы по приготовлению и использованию битумных эмульсий в дорожном строительстве [2].

Эмульсия должна быть стабильной при хранении и транспортировке, но при нанесении на минеральный заполнитель или поверхность дорожного покрытия она должна разрушаться с установленной для данного вида работ скоростью. В нашей стране фундаментальные исследования по механизму образования эмульсий проводились академиком П.А. Ребиндером и его школой.

Существует два принципиально различных вида эмульгирования - механическое и химическое. В случае механического эмульгирования диспергирование осуществляется путем внешних механических воздействий. При химическом - в результате протекания на межфазной границе гетерогенной химической реакции. После образования эмульсии капли стабилизируются поверхностно активными веществами (эмульгаторами), что основано на определенных закономерностях, общих для обоих видов эмульгирования, которые рассмотрены в [3].

В разных установках подготовка дисперсионной среды (водной фазы) производится либо заранее в отдельной емкости и в готовом виде подается параллельно с битумом в коллоидную мельницу‚ либо с помощью насосов-дозаторов все компоненты эмульсии в определенной пропорции‚ согласно рецепту‚ подаются в коллоидную мельницу с постоянным измерением водородного потенциала рH как дисперсионной среды‚ так и готовой эмульсии.

В отличие от дорожного битума, использование битумных эмульсий обеспечивает [4]:

- полное сцепление с основанием вследствие положительной заряженности катионной эмульсии и отрицательного заряда поверхности щебеночного известнякового основания дороги;

- по текучести эмульсия близка к воде, поэтому она растекается по поверхности, заполняя все поры и неровности;

- допускается розлив битумных эмульсий на увлажненную поверхность;

- технология производства битумных эмульсий позволяет варьировать ее качественными показателями, необходимыми для каждого отдельного вида работ;

- более низкая энергоемкость из-за отсутствия необходимости поддержания высокой температуры;

- использование битумных эмульсий при температурах от «плюс» 30 оС до «плюс» 70 оС делает ее применение безопасным.

Минеральные заполнители бывают щелочные и кислотные. Известняк является примером щелочного заполнителя, из кислотных можно отметить гранит и кварц. В России наиболее распространён известняковый щебень.

В зависимости от требуемых технологических и эксплуатационных свойств связующего материала эмульсии могут быть приготовлены на битумах различной вязкости как с использованием различных добавок (растворители‚ поверхностно-активные вещества (ПАВ)‚ полимеры)‚ так и без них. При этом в зависимости от назначения и условий применения могут быть приготовлены эмульсии с различной скоростью их распада и устойчивостью при транспортировке и хранении.

Компонентный состав битумных эмульсий: битум, вода, стабилизатор, растворитель, разжижитель, добавки. В качестве стабилизатора часто вводят хлорид кальция в виде 10-35 %-ного водного раствора в количестве 0,05-0,5% масс. Нейтрализация эмульгатора кислотой необходима для перевода ПАВ в форму соли. Повышение кислотности способствует повышению стабильности эмульсии, но большой избыток кислоты не рекомендуется, т.к. это может привести к снижению адгезии. В основном используют соляную кислоту (HCl). Показатель кислотности - рН водной фазы рекомендуется 1,5- 3,5. Для повышения клейкости, образующейся при распаде плёнки, в водную фазу или в битум добавляют нефтяную фракцию, выкипающую в пределах «плюс» 140…220 оС в количестве 0,5-3,0% от массы битума. Разжижитель используется для повышения пенетрации битума до необходимого значения. В качестве разжижителей используют вакуумные газойли, масляные фракции и т.д. В составе эмульсии обычно содержится: 0,8-4,5% диамина, 2,5% латекса и 55-70% битума [5].

Поскольку эмульсия является сложной совокупностью жидких фаз (битума и водной фазы), то процентное соотношение компонентов зависит от рецепта и их качества, а также важен и сам факт пригодности компонента.

С целью получения заключения о пригодности компонентов, для проверки их соответствия паспортным характеристикам и для проведения исследований взаимодействия изготовленной эмульсии с конкретной породой минерального материала испытания проводились в дорожной лаборатории ДРСУч г. Почепа ОАО «Брянскавтодора».

Нами были проанализированы данные, полученные лабораторией Почепского ДРСУч (таблица 1), где для приготовления активированных эмульсий был использован ряд авторских свидетельств, в том числе с использованием зарубежных эмульгаторов.

Также нами были проанализированы и построены графики изменения основных свойств полученных в диспергаторе типа «Atomix» эмульсий. Составы разбавленных эмульгаторов приведены в таблице 2.

Рисунок 1 – Свойства эмульсий рецептов 1-6

Рисунок 2 – Свойства эмульсий рецептов 7-12

Таблица 1 – Составы рецептов битумной эмульсии

№ рецептур

Битум, кг

Вода, кг

Эмульга-тор, кг

Соляная

кислота, кг

Температура,

град С

Разжи-житель

При-садка

вяжущего

воды

1

600

394,9

1 – 3,0

2,1

153

40

-

-

2

600

394,9

2 – 3,0

2,1

151

44

-

-

3

600

394,67

3 – 3.0

2.33

153

40

-

-

4

600

394,82

4 – 3,0

2,18

153

40

-

-

5

600

394,58

5 – 3,0

2,42

141

40

-

-

6

600

394,48

6 – 3,0

2,52

143

40

-

-

7

600

394,82

7 – 3,0

2,18

140

40

-

-

8

600

394,84

2 – 3,0

2,16

140

40

18,0

3,0

9

579

395,02

4 – 3,0

1,98

142

39

18,0

3,0

10

579

395,01

7 – 3.0

1,99

140

41

18,0

3,0

11

650

346,97

DSL– 1,8

1,23

145

40

-

-

12

630,5

346,97

DSL– 1.8

1,23

143

42

19,5

-

13

630,5

345,97

DSL– 1.8

1,23

146

40

19,5

-

14

630

366,40

DSL+CaCl2 – 2.2

1,40

140

50

-

-

По одному из изобретений предложен рецепт битумной эмульсии с использованием 1,1-1,7% каучуковой добавки СВБ-М и добавлением к катионному эмульгатору (КАДЭМ-ВТ 2,50-3,50%) около 0,5-0,7% неонола.

Рисунок 3 – Свойства эмульсий рецептов 13-14

Таблица 2 - Составы разбавленных эмульгаторов

состава

Эмуль- гатор, кг

Соляная кислота, кг

Вода, кг

Показатель

кислотности

10%-ый

хлористый

кальций, л

1

7,5

5,24

987,26

2,10

-

2

7,5

5,24

987,26

2,10

-

3

7,5

5,83

986,67

2,07

-

4

7,5

5,44

987,06

2,04

-

5

7,5

6,06

986,44

2,02

-

6

7,5

6,29

986,21

2,03

-

7

7,5

5.44

987,06

2,02

-

8

7,5

4,43

987,07

2,00

-

9

7,5

4,93

987,57

2,00

-

10

7,5

4.93

987,53

1,96

-

11 (DSL)

5,14

3,51

991,35

2,02

-

12 (DSL)

5,14

3,51

991,35

2,01

-

12 (DSL)

5.16

3,52

991,32

2,01

-

14 (DSL)+СаCl2

5,95

3,78

936,21

2,10

20,0

Это позволяет достичь повышения сцепления пленки вяжущего с минеральными материалами как кислых, так и основных пород, увеличивает время распада эмульсий, необходимое для приготовления и укладки различных эмульсионно-минеральных смесей, как плотных так и пористых, также для поверхностных обработок. Улучшаются свойства битумного вяжущего, такие как эластичность, интервал пластичности и температура хрупкости [5].

Заключение

1 Сдерживающим фактором применения битумных эмульсий в России явилось отсутствие эффективных отечественных катионоактивных эмульгаторов и высокая стоимость импортных.

2 В последнее время в России для производства эмульгатора используется достаточно дешевое и доступное сырье: полиамины и продукты, содержащие жирные кислоты. В качестве последних могут использоваться отходы пищевой промышленности (отработанное фритюрное масло, некондиционное растительное масло и т.п.).

3 Преимущества отечественных эмульгаторов в том, что они дешевле в 1,5-2 раза, способны значительно снизить вязкость битумных эмульсий и способствуют повышению адгезии битумных пленок к поверхности щебня и бетона.

4 Наиболее существенным преимуществом применения отечественных эмульгаторов для российского рынка является сохранение высокого качества покрытий при использовании известнякового щебня, наиболее распространенного в России. Тогда как импортные эмульгаторы ориентированы на гранитный щебень, а при использовании битумной эмульсии с импортными эмульгаторами для известняковых щебней качество покрытий существенно снижается.

Литература

1 Федеральное Государственное Унитарное Дорожное Эксплуатационное Предприятие №19. http://www.himtrade.ru/.

2 Никольский, Ю.Е. Дорожная Техника-2001. Каталог-справочник.

3 Евдокимова, Н.Г., Жирнов, Б.С., Ишкильдин, А.Ф. Технология получения нефтяных окисленных битумов. Учебно-методическое пособие. – Уфа: УГ-НТУ, 2002.

4 Битумно-эмульсионные установки (БЭУ) - ООО Давиал. Технологическое оборудование. http://www.davial.ru/

5 Будник, В.А., Евдокимова, Н.Г., Жирнов, Б.С. Битумные эмульсии. Особенности состава и применения. Тематический обзор. Учебно-методическое пособие. – Салавате: филиал УГ-НТУ, 2006. http://www.ogbus.ru/.